Fabrican el primer láser que enfría líquidos

Investigadores de Washington han sido los primeros en resolver un viejo rompecabezas: averiguar cómo hacer un láser que refrigere el agua y otros líquidos bajo condiciones del mundo real. En un estudio que se publicará la semana próxima en Proceedings, el equipo utilizó un láser infrarrojo para enfriar el agua en 2,22 grados, un gran avance en el campo.

"Por lo general, cuando vas al cine, ves que las pistolas láser de Star Wars calientan las cosas. Este es el primer ejemplo de un rayo láser que Will refrigera líquidos como el agua en condiciones cotidianas", dijo el autor principal, Peter Pauzauskie, profesor asistente de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Washington. "Fue realmente una pregunta abierta sobre si esto se podría hacer, ya que normalmente el agua se calienta cuando se ilumina."

El descubrimiento podría ayudar a usuarios industriales generar un "punto frío"en áreas pequeñas con luz enfocada. Microprocesadores, por ejemplo, podrían utilizar algún día un rayo láser para enfriar los componentes específicos de los chips de ordenador para evitar el sobrecalentamiento y permitir el procesamiento de información de forma más eficiente.

Para lograr el avance, el equipo de la Universidad de Washington utilizó un material que se encuentra comúnmente en los láseres comerciales pero esencialmente aplicó el fenómeno del láser a la inversa. Ellos iluminan un solo cristal microscópico en suspensión en el agua con luz láser infrarroja para excitar un tipo único de brillo que tiene un poco más de energía que la cantidad de luz absorbida.

Este resplandor de mayor energía se lleva el calor lejos, tanto del cristal como del agua que lo rodea. El proceso de refrigeración de láser se demostró por primera vez en condiciones de vacío en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1995, pero se ha tardado casi 20 años en demostrar este proceso en líquidos.

Por lo general, el crecimiento de cristales de láser es un proceso costoso que requiere mucho tiempo y puede llegar a costar miles de dólares para producir un solo gramo de material. El equipo de la Universidad de Washington también demostró que un proceso hidrotérmico de bajo costo puede ser utilizado para la fabricación de un cristal de láser bien conocido para aplicaciones de refrigeración de láser de un modo más rápido, barato y escalable.

El equipo de la Universidad de Washington también diseñó un instrumento que utiliza una trampa láser - parecido a un rayo tractor microscópico - para "mantener"un solo nanocristal rodeado de líquido en una cámara e iluminarlo con láser. Para determinar si el líquido se enfría, el instrumento también proyecta "sombra"de la partícula de una manera que permite a los investigadores observar pequeños cambios.

A medida que el líquido circundante se enfría, la partícula atrapada se ralentiza, lo que permite al equipo observar claramente el efecto de refrigeración. También diseñaron el cristal para cambiar de un tono azulado-verde a otro rojizo-verde a medida que se enfría, como un termómetro de color incorporado.

"El verdadero reto del proyecto fue la construcción de un instrumento y la elaboración de un método capaz de determinar la temperatura de estos nanocristales utilizando firmas de la misma luz que se utilizó para atraparlos", dijo el autor principal Paden Roder.

Hasta ahora, el equipo sólo ha demostrado el efecto de enfriamiento con un solo nanocristal, ya que múltiples cristales requerirían más potencia del láser. El proceso de refrigeración láser requiere una energía muy intensa actualmente, dijo Pauzauskie, y los pasos futuros incluyen buscar maneras de mejorar su eficiencia.